и др. Пластины получают методом горячего прессования. Известны зарубежные марки керамики этого типа: Кион 2000, Кион 3000 ( Кеннаметал , США); СС680 ( Сандвик Коромант ); SL100 ( Фельдмюлле) ; S-8 ( Форд Мотор , США) и др. (см. табл. 1.4).

Отечественную керамику на основе нитрида кремния-сили-нит-Р получают методами горячего прессования.

Надежность пластин при резании достигается благодаря высоким требованиям к технологии их изготовления, в том числе к исходному сырью: глинозему, карбиду титана, оксиду цирконий и нитриду кремния. Вопросам качества сырья изготовители отводят значительную роль.

Керамическое сырье подвергают испытаниям по установленной методике и прежде всего определяют:

химическую чистоту (загрязнение глинозема соединениями NajO, SiOg, CaO недопустимо);

влажность;

площадь поверхности зерен, которая характеризует активность материала при спекании и позволяет оценивать предполагаемую зернистость;

прессуемость (определяется условиями переработки глинозема).

Если указанные испытания дали положительные результаты, то затем проверяют плотность спекания и зернистость.

В процессе спекания крупные зерна растут за счет мелких. Если шихта содержит слишком много мелких зерен, то происходит интенсивный рост небольшого числа крупных зерен, и средние размеры зерен керамики получаются очень большими. Если же шихта содержит много крупных зерен,то материала,необходимого для роста зерен, недостаточно, и во время спекания требуемая заданная плотность керамики не достигается. Сырье AlgOg перерабатывают в промежуточный продукт - массу . Вначале дозируют небольшие количества легирующих добавок, облегчающих спекание и тормозящих рост зерен. При смешивании эти добавки равномерно распределяются по всему объему массы; получается водная суспензия, которую после введения связующих веществ подвергают распылительной сушке. После этого процесс прерывается, и у полученной массы контролируют: химическую чистоту; обрабатываемость; плотность; средний диаметр зерен.

Если все проверки дают положительные результаты, то приступают к прессованию заготовок и последующему их спеканию.

Чистую оксидную керамику получают методом холодного прессования, т. е. AlgOg прессуют при 20 °С в пластины различных форм и затем подвергают спеканию. Эта технология очень экономична, она положена в основу производства 90 % всех режущих пластин.

Плотность и зависящая от нее остаточная пористость спеченных пластин определяется давлением при прессовании. В про-

цессе спекания происходит усадка прессованных пластин с одновременным ростом отдельных поликристаллов в более крупные зерна. Достижение высокой плотности и тонкозернистой структуры очень сложно потому, что уплотнение во время нагрева возможно только благодаря росту зерен. Следовательно, необходимо тормозить рост зерен и в то же время добиваться высокой плотности пластин. Фирма Фельдмюлле разработала специальное оборудование и технологию спекания для изготовления пластин из керамики, которые позволяют получать средние значения зернистости не более 2 мкм при плотности, равной 98-99 % теоретической. На качество режущих пластин из керамики влияет не только средний размер зерна, но и гранулометрический состав.

Наиболее часто встречающийся размер зерен примерно 2,2 мкм, а зерен, размер которых превышает 6 мкм, практически нет.

Прочность керамики зависит от среднего размера зерна и, например, для оксидной керамики снижается от 3,80-4,20 ГПа до 2,55-3,00 ГПа при увеличении размеров зерен соответственно от 2-3 до 5,8-6,5 мкм.

У оксидно-карбидной керамики гранулометрический состав еще более тонкозернистый, и средний размер зерен AlgOg в основном меньше 2 мкм, а размер зерен карбида титана составляет 1-3 мкм.

При высокой температуре, которая действует в условиях резания, твердость пластин из оксидной и оксидно-карбидной керамики SN56 и SHT-1 в 2,-2,5 раза выше, чем твердых сплаюв.

Существенным недостатком керамики является ее хрупкость - чувствительность к механическим и термическим ударным нагрузкам. Для устранения этого недостатка разработаны различные составы оксидно-карбидной керамики.

Включение в керамику на основе оксида алюминия моноклинной двуокиси циркония ZrOa вызывает улучшение структуры и тем самым заметно повышает ее прочность.

Исходным материалом для производства оксидной и оксидно-карбидной керамики в СССР является технический глинозем, полученный из гидрата глинозема прокаливанием при температуре 1100-1200 °С и представляющий собой смесь двух модификацийз V-AI2O3 с плотностью 3,65 г/см и a-AlaOg с плотностью 3,96 г/см. Полный переходу в -модификациюдостигается при Т = 1400 ... 1600 °С. Производстю оксидной керамики включает несколько этапов.

1. Прокаленный до 1500-1550 °С глинозем подвергают тонкому виброизмельчению в течение 1-2 ч до получения частиц размером 1 мкм (до 80 % в основной массе) при максимальном размере частиц 2 мкм. Полученный продукт обогащают и сушат.

2. В сухой порошок оксида алюминия вводят модифицирующую добавку оксида магния (0,5-1,0 %), затем произюдят пластификацию и холодное прессование полученной смеси.

3. Спекают отпрессованные пластины при температуре около 1750 °С и кратковременном режиме отжига с выдержкой в течение 5-10 мин в области температурного максимума.

4. Выполняют механическую обработку заготовок пластин. Установлено, что оптимальная дисперсия исходного порошка

для спекания оксидной керамики составляет 0,5-0,75 мкм.

Рост зерна а-глинозема (содержание фракции 0,5 мкм в пределах 40-70 %) идет весьма медленно до Т = 1600 ... 1650 °С. При Т = 1650 °С размер спеченной керамики составляет 2- 3 мкм. При Т = 1680 ... 1740 °С начинается стремительный рост кристаллов, их размеры могут достигать 30-50 мкм, а конфигурация изменяется: кристаллы вытягиваются, принимают удлиненную форму. Такое протекание рекристаллизации характерно, например, для тонкомолотого глинозема ГО.

Введение в глинозем легирующих добавок резко меняет протекание рекристаллизации. Легирующие добавки можно разделить на три группы: замедлители, ускорители и промежуточные. Замедлители рекристаллизации - оксиды магния, кремния, железа, кальция, натрия. Оксид магния является очень эффективным замедлителем кристаллизации. Введение даже сотых долей процента оксида магния резко приостанавливает рост кристаллов. Механизм торможения роста кристаллов при введении оксида магния можно представить следующим образом. Оксид магния, распределенный в порошке а-глинозема, адсорбируется на гранях кристаллических агрегатов. Адсорбция оксида магния идет интенсивнее на гранях кристаллов, обладающих большой энергией роста. При нагревании порошка оксид магния реагирует с оксидом алюминия, образуя на поверхности зерен шпинелевую оболочку, более плотную на одних гранях и менее плотную на других. Эта шпинелевая оболочка в дальнейшем замедляет рост кристаллов, обусловливая мелкую и изометрическую форму зерен.

Режим спекания оказывает большое влияние на конечные свойства керамики. Оптимальная температура спекания керамики зависит от дисперсности исходного порошка, наличия в нем примесей и продолжительности нагревания. При размере зерен порошка 0,5-1,0 мкм (40-70 % по массе) и наличии легирующей присадки (до 0,5-1,0 % по массе) спекание пластин оксидной керамики возможно при Т = 1710 °С с выдержкой в течение 5- 10 мин. При увеличении температуры до 1780-1820 °С выдержка может быть сокращена до 1-2 мин.

Установлено, что оптимальными являются непродолжительные выдержки при высоких температурах. Длительность выдержки в области температурного максимума является важнейшим средством управления структурой и свойствами спеченной керамики с легирующими добавками.